DE512047C - Schaltanordnung zur Einfuehrung von Spannungen in Stromkreise mit veraenderlicher Frequenz, die dem Strom und der Frequenz in dem Stromkreise proportional sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einführung von Spannungen in Stromkreise mit veränderlicher Frequenz, wobei diese Spannungen selbsttätig ihre Größe einerseits proportional dem Strom, anderseits proportional der Frequenz des Stromkreises, in den sie eingeführt sind, ändern. Die Einführung derartiger, sich selbst¹ ändernder Spannungen in die genannten Stromkreise ist in vielen Fällen· erwünscht. Es liegt oft für den Fall, daß der Stromkreis veränderlicher Frequenz magnetische Hauptfelder oder magnetische Streufelder erzeugt, die Aufgabe vor, daß die durch diese magnetischen Felder hervorgerufenen Selbstinduktionsspannungen, die ebenfalls in ihrer Größe einerseits dem Strom, anderseits der Frequenz proportional sind, durch eingeführte Gegenspannungen aufgehoben werden sollen. Beispielsweise soli bei Kommutatorhintermaschinen, die insbesondere zwecks Drehzahlregelung in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschaltet sind und deren Ständererregerwicklung mit einem die Schlupf frequenz der Asynchronmaschine aufweisenden Strom gespeist wird, die Selbstinduktionsspannung dieser Schlupffrequenz führenden Erregerwicklung, die .den Regelvorgang störend beeinflußt, durch eine eingeführte Gegenspan- - nung aufgehoben werden. Ähnliches gilt auch für die Selbstinduktionsspannungen, die durch die magnetischen Streufelder im Sekundärstromkreis der asynchronen Vordermaschine erzeugt werden und die bei gewissen Schaltungen den gewünschten Regelvorgang ebenfalls sehr störend beeinflussen. Bei den genannten Regelsätzen können aber, namentlich wenn sie in an sich bekannter Weise als Regelsätze mit vom Schlupf unabhängiger Stromaufnahme der Asynchronmaschine ausgebildet sind, noch andere Störspannungen auftreten, die ebenfalls in der Größe proportional der Schlupffrequenz und proportional einem Strom sind und die durch gemäß vorliegender Erfindung erzeugte Gegenspannungen aufgehoben werden können. Beispielsweise gilt dies für die Induktionsspannung in der Kompensationswicklung der Kommutatorhintermaschine oder auch für die Spannungsabweichung vom Sollwert, die durch die Drehzahländerung der Koimnutatorhintermascliine infolge Kupplung mit der asynchronen Vordermaschine hervorgerufen wird. Aber auch bei anderen elektrischen Maschinen, beispielsweise bei Drehstrom-Reihenschluß- oder Nebenschluß-Kommutatormotoren, liegt manchmal die Aufgabe vor, das Erregerfeld der Maschine mit einer Wicklung zu erzeugen, die von dem Erregerfeld (infolge veränderlicher Drehzahl) mit veränderlicher Frequenz induziert wird und deren Selbstinduktionsspannung daher den eingangs geschilderten Bedingungen unterliegt. Auch in diesem Falle kann die Erfin-

dung für die selbsttätige Speisung der Erregerwicklung mit den erforderlichen Spannungen benutzt werden.

Erfmdungsgemäß ist in den Stromkreis veränderlicher Frequenz mit der Ankerwicklung eine mit konstanter oder nicht stark veränderlicher Drehzahl angetriebene, zweckmäßig mit einer Kompensationswicklung ausgerüstete Kommutatormaschine und die Prito märwicklung eines annähernd rückwirkungslosen Transformators (Strom-Spannungs-Transformator, insbesondere Drehtransformator) eingeschaltet, und die Spannung der Sekundärwicklung des rückwirkungslosen Transformators ist der Erregerwicklung der Kommutatormaschine unmittelbar oder über Hilfskommutatormaschinen zugeführt.

An sich hatte man bereits erkannt, daß bei Wicklungen, die, wie z. B. 'die Schlupf frequenz ao führende Erregerwicklung von Kommutatorhintermaschinen, Ströme veränderlicher Frequenz führen, es erforderlich ist, zur Aufhebung der Selbstinduktionsspannung der Wicklung eine Spannung zuzuführen, die pröportional dem Strom und der Frequenz anwächst. Die dafür vorgeschlagenen bekannten Anordnungen besitzen jedoch den Nachteil, daß die zugeführte Spannung ihre Größe nicht wie bei der Erfindung selbsttätig dem jeweiligen Wert des Stromes und der Frequenz anpaßt, sondern mittels eines vorgeschalteten Regeltransformators auf die geeignete Größe gebracht werden muß. Fehlte diese Regelvorrichtung, indem man etwa die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine unmittelbar an die Schleifringe der asynchronen Vordermaschine anschloß, 'dann war anderseits die Bedingung nicht erfüllt, daß die in den Stromkreis veränderlicher Frequenz eingeführte Spannung in der Größe proportional der Frequenz und dem Strom ist, sie war dann niur proportional der Frequenz. Eine andere bekannte Lösung zur Speisung der Schlupffrequenz führenden Erregerwicklung der Kommutatormaschine besteht darin, daß man gemäß der Anordnung nach Abb. 1 der Zeichnung dieser Erregerwicklung B₀ einen Ohmschen Widerstand R von derartiger Größe vorschaltet, daß bei allen vorkommenden Schlupffrequenzen der induktive Spannungsabfall der Erregerwicklung gegenüber dem Ohmschen in den Hintergrund tritt. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß die Ohmschen Widerstände sehr große Verluste verursachen, und daß die Maschinen zur Speisung der Erregerwicklung sehr groß werden.

Die Abb. 2, 4, 5 und 6 der Zeichnung zeigen als Ausführungsbeispiel Schaltanordnungen gemäß der Erfindung, wobei die Erfindung für die Aufhebung des induktiven Widerstandes der Schlupffrequenz führenden Erregerwicklung von Kommutatorhintermaschinen benutzt ist. Bei der Anordnung nach Abb. 2 ist in den Sekundärstromkreis der Asynchronmaschine A eine mechanisch gekuppelte Kommutatorhintermaschine B (in folgendem auch Schlupfleistungsmaschine genannt) eingeschaltet. In deren Erregerstromkreis B_e werden die Anker- und die Kompensationswicklung einer zweiten Kommutatormaschine C und die Primärwicklung eines Drehtransformators oder eines statischen Transformators oder kurz eines Transformators D eingeschaltet. Die Erregerwicklung C_e dieser zweiten Kommutatormaschine wird von der Sekundärwicklung des Transformators D gespeist. Um den Blindwiderstand dieses zweiten Erregerstromkreises bei allen in Betracht kommenden Periodenzahlen klein gegenüber dem Ohmschen zu halten, ist in Abb. 2 ein Widerstand R passender Größe vorgesehen. Dies kann ohne wesentlichen Nachteil geschehen, weil die in diesem Widerstand verlorengehende Leistung sehr viel kleiner als im Falle der Abb. 1 ist. Die Abmessungen des Transformators D sind so zu wählen, daß die Rückwirkung der Sekunidärströme auf die Primärwicklung vernachlässigbar ist, was durch künstliche Vergrößerung des magnetischen Widerstandes (z. B. durch Einschaltung einer Luftstrecke) erreicht werden kann. Dadurch wird die sekundäre Spannung des Transformators proportional dem Primärstrom und dessen Periodenzahl.

Wird ein Drehtransformator verwendet, so kann man die gewünschte Phase des Erregerstromes in C_e und demnach auch der Spannung der Hintermaschine C durch Verdrehung des Ständers gegen den Läufer erreichen. Es ist also möglich, in der Hintermaschine C eine Spannung zu erzeugen, die dem Erregerstrom in der Erregerwicklung B₀ um 90⁰ vorauseilt, also der Selbstinduktionsspannung im B_e entgegengesetzt gerichtet ist.

Wird dagegen ein statischer Transformator verwendet, so ist eine genaue Einstellung der gewünschten Phase des Erregerstromes in C_e nicht ohne weiteres möglich. Die Phase des gewonnenen Erregerstromes entspricht auch ohne künstliche Maßnahmen annähernd der gewünschten Phase. Es ist jedoch leicht, durch künstliche Mittel, z. B. durch eine, Schaltung des Transformators nach Abb. 3, die gewünschte Phase genau einzustellen.

Der Drehtransformator fällt bei der Anordnung der Abb. 2 verhältnismäßig groß aus. Eine bedeutende Verkleinerung des Drehtransformators läßt sich nach Abb. 4 durch Anordnung einer dritten kompensierten Maschine F erreichen. Diese hat die Aufgabe, über einen Widerstand R₁ die Erreger-

wicklung C_e zu speisen. Die Sekundärspannung des Drehreglers speist dann die Erregerwicklung P_e über einen Widerstand R₂. Da die Erregerwicklung F_e eine io- bis 2omal kleinere Blindleistung als die Erregerwicklung C_e zu ihrer Erregung benötigt, so fällt auch der Drehregler D io- bis 20mal kleiner als bei der Schaltung nach Abb. 2 aus.

Es ist selbstverständlich, daß durch die An-Ordnung einer vierten Kommutatormaschine, die die Erregerwicklung F_e zu speisen hätte und deren Erregerwicklung mit der sekundären Wicklung des Drehreglers zu verbinden wäre, die Größe des Drehreglers noch weiter herabgesetzt werden könnte.

Die Größe des Drehreglers D läßt sich aber auch dadurch verkleinern, daß man im Erregerstromkreise C_e der Abb. 2 den Blindwiderstand kompensiert. Dies kann auf ver-

ao schiedene Weise geschehen. Man kann z. B. die Kompensierung des Blandwiderstandes der Erregerwicklung C_e in derselben Weise vornehmen wie bei der Erregerwicklung B_e, also durch Anordnung einer zweiten Kommutatormaschine F und eines zweiten Transformators G, wie in Abb. 5 dargestellt ist. Man kann aber auch irgendeine andere Kompensationsschaltung wählen, z. B. einen Phasenkompensator, der mit einer Drehzahl, die der Schlupfperiodenzahl proportional ist, läuft oder mit einer Kompensationseinrichtung.

In der Abb. 1, 2, 4 und S ist angenommen worden, daß die Hintermaschinen auf derselben Welle wie die Hauptmaschinen sitzen.

Dies ist indessen für die Wirkung der Anordnung ohne Belang. Die genannten Hintermaschinen können auch ganz oder teilweise getrennt angetrieben werden.

Bei Mehrphasenwicklungen und bei An-Wendung eines Drehtransformators kann, wie gesagt, die gewünschte Phase des Phasenkompensators C (vgl. Abb. 2 und 4) durch Verstellung des Läufers des Drehtransformators gewonnen werden. Die Einstellung bleibt dann im Untersynchronismus der Hauptmaschine unverändert. Im übersynchronen Gang muß aber der Läufer des Drehtransformators in eine andere Stellung gebracht werden. Dies kann selbsttätig durch das vom Drehtransformator entwickelte Moment geschehen, da er ja beim Übergang durch den Synchronismus seine Richtung ändert. Um die Beweglichkeit des Drehtransformators D zu erhöhen, wird man dabei diesen mit Kugellagern; versehen. Sollte das Moment des Drehtransformators nicht ausreichen, um die genannte Verstellung durchzuführen, so könnte man. durch einen kleinen Drehstrommotor das Moment des Drehtransformators unterstützen. Dieser hätte in direkter Kupplung oder über ein Zahnradvorgelege den Drehtransformator in gewünschtem Sinne zu verstellen. Der Motor müßte dabei von einer Spannung der Schlupfperiodenzahl gespeist werden, also wohl am besten von der Schleifringspannung der Hauptmaschine. Durch passend angebrachte Anschläge am Drehtransformator oder am genannten kleinen Hilfsmotor ließen sich dann die gewünschten Stellungen für Unter- bzw. Übersynchronismus festlegen.

Verwendet man an Stelle eines Drehtransformators einen statischen Transformator, so muß man beim Übergang durch den Synchronismus eine Umschaltung vornehmen, was als ein gewisser Nachteil des statischen Transformators gegenüber dem Drehtransformator anzusehen ist.

In den bisher gebrachten Beispielen war die Erregerspannung stets der Erregerwicklung 5g der Schlupf leistungsmaschine zugeführt gedacht. Dies braucht indessen nicht der Fall zu sein; man kann nämlich die Erregerspannung auch in den Stromkreisen der Erregerwicklung irgendeiner der Hintermaschinen einführen, z. B. im Falle der Abb. 2 in den Erregerstromkreis der Wicklung C_e und in den Fällen der Abb. 4 und 5 in den Erregerstromkreis der Wicklung C_e oder F_e. In Abb. 6 ist beispielsweise die Erregerspannung in den Stromkreis der Wicklung C_e eingeführt. Die Maschine C dient dann nicht nur zur Kompensation des Blindwiderstandes von B_e, sondern auch als Erregermaschine. Durch diese Maßnahme wird die erforderliche Erregerleistung sehr stark verkleinert und mit diieser auch die Leistung der Maschinen, die die Erregerspanmung zu erzeugen haben.

Schließlich ist zu erwähnen, daß manchmal die verschiedenen Komponenten der Ernegiarspannung, sofern diese überhaupt verschiedene Komponenten besitzt, in die Stromkreise verschiedener Kommutatormaschinen mit Vorteil eingeführt werden können.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltanordnung zur Einführung von Spannungen in Stromkreise mit veränderlicher Frequenz, die dem Strom und der Frequenz in dem Stromkreise proportional sind, insbesondere zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles in der Schlupf frequenz führenden Erregerwicklung von in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschineneingeschalteten Kommutatorhintermaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis veränderlicher Frequenz die Ankerwicklung einer iao mit konstanter oder nicht stark veränderlicher Drehzahl angetriebenen, zweckmäßig

   mit einer Kompensationswicklung ausgerüsteten . Komijvutatoirmaschine und die Primärwicklung eines ' annähernd rückwirkungslosen Transformators (Strom-Spannungs-Transformator, insbesondere Drehtransformator) eingeschaltet sind und die Spannung der Sekundärwicklung des rückwirkungslosen Transformators der Erregerwicklung der Kommutatormaschine unmittelbar oder über Hilfskommutatonnaschinen zugeführt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch ι zur Einführung von weiteren Spannungen (Regelspantiungen) in den Stromkreis veränderlicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spannungen der Erregerwicklung der Kommutatormaschine zugeführt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen